牲畜運(yùn)輸船牲畜服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

李連亮，馮 可，喻正昌，唐桂斌

（中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116600）

0 引言

牲畜運(yùn)輸船（簡稱牲畜船）通常用于運(yùn)輸活體牛、羊等鮮活牲畜，是專門裝運(yùn)牲畜的散裝貨船。目前牲畜船主要用于從澳大利亞、新西蘭、阿根廷等畜牧國家到中東、歐亞等地的牲畜運(yùn)輸。隨著澳大利亞、新西蘭等傳統(tǒng)畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家活牲畜養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能夠大批量運(yùn)輸活體牛羊的特種牲畜運(yùn)輸船越來越受到市場的垂青和關(guān)注。

牲畜運(yùn)輸船的主要特點(diǎn)為：上層建筑高大，設(shè)有多層甲板以安置數(shù)量巨大的牲畜；通風(fēng)能力強(qiáng)勁，為牲畜提供良好的生存環(huán)境；設(shè)有大容量淡水艙和飼料艙，并設(shè)有海水淡化裝置；高度自動化的淡水供應(yīng)系統(tǒng)和飼料供應(yīng)系統(tǒng)；牲畜糞便處理系統(tǒng)。較為先進(jìn)的船上還會配備振動及噪聲控制系統(tǒng)，能為運(yùn)輸?shù)纳筇峁┓浅Ｊ孢m的環(huán)境，可以有效保障在較長時(shí)間的海上航行中牲畜的健康穩(wěn)定。因此，包括通風(fēng)、飼料、供水和糞便處理等在內(nèi)的牲畜服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否將直接影響到牲畜船的性能和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。

2006年，作為世界畜牧業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，澳大利亞海事組織專門針對牲畜運(yùn)輸船制定了最新海事安全規(guī)范[1]（AMSA Marine Order, Part 43, Issue 6）。在當(dāng)前沒有國際通用的海上牲畜運(yùn)輸規(guī)范情況下，為了保證活體牲畜在海上運(yùn)輸中的福利，該規(guī)范自然成為了滿足國際新型牲畜運(yùn)輸船設(shè)計(jì)和建造的最高標(biāo)準(zhǔn)。本文以AMSA規(guī)范的技術(shù)要求為指導(dǎo)，在滿足規(guī)范要求的前提下，對牲畜服務(wù)系統(tǒng)多個(gè)技術(shù)方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析論證，為牲畜服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 牲畜船服務(wù)系統(tǒng)簡介

牲畜服務(wù)系統(tǒng)是在海上航行過程中可以為活體牲畜提供適宜生存的生活環(huán)境的保障系統(tǒng)，主要包括貨艙區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)、飼料輸送供應(yīng)系統(tǒng)、淡水供應(yīng)系統(tǒng)、糞便處理及排放系統(tǒng)、貨艙區(qū)照明系統(tǒng)等。AMSA規(guī)范對各個(gè)牲畜服務(wù)系統(tǒng)規(guī)定了詳細(xì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，結(jié)合實(shí)際牲畜船項(xiàng)目對牲畜船各服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 貨艙通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 AMSA對貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的要求

牲畜船貨艙區(qū)必須具有良好的通風(fēng)，AMSA規(guī)范規(guī)定載運(yùn)牲畜的封閉處所必須設(shè)有機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)[2-3]。機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的換氣率如下：

1）當(dāng)牲畜貨艙的凈高為2.3 m或以上時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)不低于每小時(shí)20次；

2）當(dāng)牲畜貨艙的凈高為1.8 m時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)不低于每小時(shí)30次；

3）當(dāng)牲畜貨艙的凈高為1.8 m～2.3 m時(shí)，換氣次數(shù)可按線性插值得到。

機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)在滿足上述要求前提下，還應(yīng)確保整個(gè)牲畜區(qū)域任何位置的空氣充分流動并且風(fēng)速不得低于0.5 m/s。另外載運(yùn)牲畜的開敞處所，若自然通風(fēng)不能滿足AMSA要求，應(yīng)額外提供機(jī)械通風(fēng)。

2.2 通風(fēng)形式對比

目前牲畜船貨艙通風(fēng)形式主要有 2種。一種為離心風(fēng)機(jī)+通風(fēng)支管形式，另一種為軸流風(fēng)機(jī)+結(jié)構(gòu)風(fēng)管的形式。2種通風(fēng)形式的對比如表1所示。

表1 通風(fēng)形式對比表

2.3 通風(fēng)方案實(shí)例

某完工交付的牲畜船的實(shí)船布置采用離心風(fēng)機(jī)+通風(fēng)支管的通風(fēng)形式方案，該方案的主要構(gòu)成為：1-結(jié)構(gòu)風(fēng)管；2-PVC風(fēng)管；3-送風(fēng)風(fēng)機(jī)；4-排風(fēng)風(fēng)機(jī)；5-百葉窗；6-手動風(fēng)閘。

具體布置示意圖請見圖1。

圖1 離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)布置

3 飼料輸送供應(yīng)系統(tǒng)

飼料輸送供應(yīng)系統(tǒng)顧名思義是為牲畜在船上提供食物的系統(tǒng)，它的主要功能是飼料裝填、飼料存儲、飼料轉(zhuǎn)運(yùn)及分配、冗余飼料處理等。典型的飼料系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖2。

圖2 飼料系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.1 AMSA對飼料要求

AMSA規(guī)定供應(yīng)到船上的球狀草料或其他濃縮形式的草料應(yīng)該附帶一份證書，證書由球狀草料的制造商提供，證書需要說明球狀草料的平均溫度和含水量，保證這些球狀草料是按照由牲口出口商工業(yè)咨詢委員會頒發(fā)的國家球狀草料標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的。同時(shí)船長必須確保存放的飼料或喂養(yǎng)容器始終保持干燥，防止風(fēng)雨或海水侵襲。

3.2 飼料的裝填

飼料的裝填主要有2種方式：

1）吊裝（圖3）

利用碼頭吊機(jī)直接吊運(yùn)裝載飼料至飼料艙，飼料裝填后可用帆布或艙口蓋將頂部蓋嚴(yán)，防止雨水使飼料受潮變質(zhì)等。

圖3 碼頭吊運(yùn)飼料

2）專用飼料輸送卡車（圖4）

通過碼頭的飼料輸送卡車將飼料經(jīng)由干舷甲板或主甲板上所設(shè)置的裝載口（帶艙蓋），對飼料艙進(jìn)行裝載。

圖4 專用飼料輸送卡車

3.3 飼料的存儲、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配

1）飼料的存儲

飼料一般存儲于船上設(shè)置的飼料艙內(nèi)，一些袋裝的飼料還可以在船上特定的區(qū)域進(jìn)行堆放。

2）飼料艙的要求

在1983年7月1日后開始營運(yùn)的改裝或建造的牲畜運(yùn)輸船，在船上的飼料除了散裝的干草之外，其他飼料需要分開存放于不少于2個(gè)地方。

對于目前市場運(yùn)營的牲畜運(yùn)輸船而言，飼料艙的布置位置及飼料輸送系統(tǒng)主要有2種技術(shù)方案。

（1）飼料艙布置于頂甲板上方，采用完全重力式的飼料輸送系統(tǒng)（圖5）。

圖5 頂甲板重力艙方案

（2）飼料艙布置于船舶首部主甲板（干舷甲板）以下，采用機(jī)械傳送+重力式的飼料輸送系統(tǒng)。

3）飼料輸送分配方式也對應(yīng)有2種

（1）垂直管道式

此種方式適用于布置在頂甲板的漏斗形飼料艙，存放在頂甲板飼料艙中的飼料通過垂直管道重力下落，到達(dá)各層牲畜甲板的畜欄區(qū)域，再通過開關(guān)每一層甲板飼料支管上的節(jié)流插板將飼料放入飼料槽或小推車中，由牛仔分配至各個(gè)畜欄對牲畜進(jìn)行喂養(yǎng)。

（2）機(jī)械傳送帶+豎直管道式

此種方式適用于布置在船體內(nèi)部的飼料艙，飼料艙的底部設(shè)置有一定數(shù)量的漏斗，飼料艙下方的空間布置有傳送裝置，飼料通過漏斗下落至傳送帶上，經(jīng)由傳送帶提升至頂甲板，再通過船寬和船長方向的傳送帶將飼料輸送到頂甲板的不同區(qū)域，最后經(jīng)由垂直安裝的管道重力下落至各層牲畜甲板的畜欄區(qū)域，再通過開關(guān)每一層甲板飼料支管上的節(jié)流插板將飼料放入飼料槽中。

其中方案（1）良好的經(jīng)濟(jì)性受到很多船東的歡迎。

3.4 冗余飼料處理

AMSA規(guī)范規(guī)定在向飼料艙內(nèi)裝載飼料前，原則上飼料艙內(nèi)的剩余飼料應(yīng)予以清空，如果將所有飼料艙清空的難度較大，可采取以下解決途徑：若牲畜船布置有2個(gè)或2個(gè)以上的飼料艙，可以使用1個(gè)飼料艙裝載剩余飼料，其他艙清空。若牲畜船只布置了 1個(gè)飼料艙，可以將被壓緊的剩余飼料分解打碎，將其移走保證在接下來的航次中將其消耗掉。但無論如何，必須保證每個(gè)飼料艙前后兩次清艙的時(shí)間間隔不得超過90天。

4 淡水供應(yīng)、糞便處理和照明系統(tǒng)

4.1 淡水供應(yīng)系統(tǒng)

淡水供應(yīng)系統(tǒng)是在航行運(yùn)輸途中向牲畜供給淡水的系統(tǒng)，直接涉及到牲畜的飲水安全問題，對于牲畜的健康存活起著舉足輕重的作用。

以可裝載3 000頭活牛（平均體重400 kg）的牲畜船為例，AMSA規(guī)定的日飲水量約為145 t，如何在航行中解決大量飲水供應(yīng)是關(guān)鍵。大型牲畜船多采用壓載淡水加反滲透造水機(jī)的復(fù)合供水方式，在滿足壓載的同時(shí)，對淡水進(jìn)行凈化、過濾，即在船舶出海航行的時(shí)候，大多數(shù)的淡水艙裝滿淡水，這些淡水一般只作為壓載使用。根據(jù)航行的周期不同，將淡水壓載艙的水排出供牲畜飲用，同時(shí)使用反滲透造水機(jī)淡化海水，將淡化好的海水補(bǔ)充到消耗的淡水壓載艙中，保證船舶穩(wěn)性要求和浮態(tài)，同時(shí)也使得艙內(nèi)的淡水得以更換，避免長時(shí)間存放的淡水對牲畜的健康不利。緊急情況下（造水機(jī)損壞時(shí)），這些壓載的淡水可以供人、牲畜飲用。

4.2 糞便處理系統(tǒng)

糞便處理系統(tǒng)主要功能為牲畜糞便的處理和排放，以及到達(dá)碼頭時(shí)的糞便清理。因此該系統(tǒng)分為牲畜區(qū)糞便污水泄放系統(tǒng)和牲畜區(qū)糞便污水排放系統(tǒng)2部分。

1）糞便污水泄放系統(tǒng)

牲畜區(qū)的糞便污水通過泄放管路從上層甲板泄放到下層甲板，最終泄放到最低層艙底水井。其中干舷甲板設(shè)置手動蝶閥，為了保持干舷甲板的水密性，蝶閥正常處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在污水泄放時(shí)，船員才會手動打開相關(guān)閥門，保持泄放管路暢通，泄放完畢后，再次關(guān)閉閥門。

2）糞便污水排放系統(tǒng)

糞便污水排放系統(tǒng)由糞便艙、污水排放泵、污水傳輸泵、艙底水噴射器等組成。在禁止排放的海域（距陸地 12海里以內(nèi)或港口），艙底水井收集的污水可以通過糞便污水傳輸泵注入牲畜糞便艙。到港時(shí)，牲畜糞便艙的污水可以通過污水排放泵經(jīng)由通岸接頭排岸。污水排放泵和污水傳輸泵可由主電源或AMSA電源供電，以保證在任何單一電源故障時(shí)，能保證牲畜區(qū)域的污水排放功能。

4.3 照明系統(tǒng)

牲畜區(qū)要有足夠的照明。通常來說，一般的工作如喂養(yǎng)與給水的區(qū)域最小照度在20 Lux是可以接受的，當(dāng)仔細(xì)檢查牲畜時(shí)需要的照度是110 Lux。

當(dāng)主要電力裝置故障時(shí)，應(yīng)急照明系統(tǒng)要自動激活，運(yùn)輸牲畜時(shí)，全船所有部分都要提供應(yīng)急照明系統(tǒng)。在畜欄間的過道、通道路線上，需提供不小于8 lux的照度，持續(xù)時(shí)間不能少于15 min。

5 結(jié)論

通風(fēng)系統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)方案無論布置、設(shè)備功率、噪聲控制和占用畜欄面積方面具有較大優(yōu)勢，建議采此種布置方案。

重力式飼料輸送系統(tǒng)以其構(gòu)造簡單、維護(hù)方便和成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢深受船東歡迎。不過也因?yàn)轱暳吓撐挥陧敿装迳戏?，對于牲畜船的穩(wěn)性是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。如果成本控制較好，建議采用機(jī)械傳送+重力式的飼料輸送系統(tǒng)，可以有效降低重心。

隨著中國和澳大利亞正式簽約，未來10年澳大利亞向中國出口的活牛（包括肉牛和奶牛）將會快速增長，2025年將超過每年100萬頭以上。按照目前在運(yùn)營的牲畜運(yùn)輸船船隊(duì)結(jié)構(gòu)，船齡在25年以上的老舊船舶已經(jīng)超過 80%，亟需升級換代，在未來可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)，牲畜船會有比較穩(wěn)定的市場需求，市場前景廣闊。滿足最新的AMSA要求的新型運(yùn)輸船更加安全、高效，定會廣受船東青睞，這將給中國船廠帶來新的機(jī)遇，因此對牲畜服務(wù)系統(tǒng)的研究具有非常重要的實(shí)際意義。